發(fā)震層二維成像方法及其在大地震精細結構成像中的應用

裴順平（中國科學院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室，北京 100101）

發(fā)震層二維成像方法及其在大地震精細結構成像中的應用

裴順平
（中國科學院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室，北京 100101）

大陸地震主要發(fā)生在上地殼脆性層（發(fā)震層），大部分地震都是中小地震且震源深度集中在20 km以上，因此，大量走時數據的震中距主要集中在100～200 km以內，同時這一層的垂向速度梯度較小，所以，我們可以利用簡化的水平二維成像方法來獲得高分辨率的淺部結構。主要介紹該方法的原理及其在玉樹、汶川、蘆山地震震源區(qū)和青藏高原東北緣地區(qū)的應用。

發(fā)震層二維成像假設Pg波在震中距不大時近似為直線傳播。此時Pg波的走時方程可以寫為：

式中，tobs為震源深度為h、震中距為Δ時的觀測走時，同時引入臺站項tsta和事件項tevt，臺站項代表臺基地質狀況的差異和到時鐘差等因素造成的走時差，事件項代表震源深度誤差和發(fā)震時刻的誤差。式（1）的左側表示震源深度校正后的走時。如果將上地殼脆性層劃分成二維網格，同時考慮速度的方位各向異性變化，則校正后的走時方程可以寫成

式中，tij為地震j到臺站i的深度校正后的走時；ai為第i個臺站的臺站項；bj為第j個地震的事件項；dijk是射線ij在第k個網格內的旅行距離；sk為網格k的慢度（速度的倒數）；φ為射線ij的方位角；網格k的波速各向異性大小為，波速最快方向方位角為 1/2 arc tan（Bk/Ak）+90°。公式（2）可以采用經典LSQR方法求解，即可獲得Pg波速度的橫向變化和各向異性。該方法的主要優(yōu)點就是：利用優(yōu)勢數據解決發(fā)震層的焦點問題；有效降低震源深度的誤差對速度結構的影響；能夠獲得指示微裂隙分布的各向異性。

該方法先后應用于玉樹、汶川和蘆山地震，以及青藏高原東北緣地區(qū)，不僅獲得了上地殼發(fā)震層的精細結構，而且獲得了方位各向異性的分布。研究結果表明，大地震的發(fā)生都與高速異常體所代表的障礙體有關，玉樹地震切穿高速異常體，汶川地震和蘆山地震都是發(fā)生在高速的雜巖體邊界，但二者之間的空斷區(qū)比較軟弱，存在明顯的韌性變形。因此，通過層析成像方法獲得的發(fā)震層高速異常的分布可以進一步縮小強震區(qū)的預測范圍。